JP6316620B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は半導体に係り、より詳しくは半導体素子及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor, and more particularly to a semiconductor device and a method for manufacturing the same.
半導体製造技術の発展と共に、半導体素子の微細化及び高集積化が要求されている。 With the development of semiconductor manufacturing technology, miniaturization and high integration of semiconductor elements are required.
本発明は従来技術における要求に応じるためになされたものであって、本発明の目的は単純な工程により高集積化を成し得る半導体素子及びその製造方法を提供することにある。 The present invention has been made to meet the demands of the prior art, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device that can be highly integrated by a simple process and a method for manufacturing the same.
本発明の他の目的はチップ面積を減らすことができる半導体素子及びその製造方法を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of reducing the chip area and a manufacturing method thereof.
本発明のその他の目的は熱的負担を軽減できる半導体素子及びその製造方法を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of reducing a thermal burden and a manufacturing method thereof.
上記目的を達成するためになされた本発明による半導体素子は、上面とその反対面である下面とを有する半導体基板と、前記半導体基板の上面上に配置された上部回路と、前記半導体基板の下面上に配置された下部回路と、前記半導体基板を貫通して前記上部回路と前記下部回路とを電気的に連結する垂直な連結コンタクトと、前記半導体基板を貫通して前記上部回路と前記下部回路とを垂直整列させる整列キーと、を含み、前記半導体基板は、前記上部回路と前記下部回路との間に配置された絶縁膜を含み、前記整列キーは、前記絶縁膜を垂直貫通することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor substrate having an upper surface and a lower surface opposite thereto, an upper circuit disposed on the upper surface of the semiconductor substrate, and a lower surface of the semiconductor substrate. A lower circuit disposed above; a vertical connection contact that electrically connects the upper circuit and the lower circuit through the semiconductor substrate; and the upper circuit and the lower circuit that pass through the semiconductor substrate. look including a an alignment key to retrieve the vertical alignment, the semiconductor substrate includes a arranged insulating film between the lower circuit and the upper circuit, the alignment key may be vertically through the insulating film It is characterized by .
一実施形態の素子において、前記上部回路は、セルトランジスターを有するセルアレイを含み、前記下部回路は、周辺トランジスターを有する周辺回路を包含することができる。前記セルトランジスターは、前記半導体基板を中心に前記周辺トランジスターと反対方向を向く垂直対称であり得る。 The upper circuit may include a cell array having cell transistors, and the lower circuit may include a peripheral circuit having peripheral transistors. The cell transistor may be vertically symmetric with respect to the semiconductor substrate and facing in the opposite direction to the peripheral transistor.
一実施形態の素子において、前記セルアレイは、前記セルトランジスターと電気的に連結されたビットラインをさらに含み、前記下部回路は、前記周辺トランジスターと電気的に連結された金属配線をさらに包含することができる。前記連結コンタクトは前記ビットラインと前記金属配線とを電気的に連結することができる。 In one embodiment, the cell array further includes a bit line electrically connected to the cell transistor, and the lower circuit further includes a metal line electrically connected to the peripheral transistor. it can. The connection contact may electrically connect the bit line and the metal wiring.
一実施形態の素子において、前記下部回路上に付着された支持基板と、前記支持基板を貫通して前記金属配線と連結されたビアと、前記支持基板上に配置されて前記ビアと連結されたパッドと、をさらに包含することができる。前記金属配線は、前記半導体基板と前記支持基板との間に配置され得る。 In one embodiment, the support substrate attached on the lower circuit, the via penetrating the support substrate and connected to the metal wiring, and the support substrate disposed on the support substrate and connected to the via. And a pad. The metal wiring may be disposed between the semiconductor substrate and the support substrate.
本発明の他の実施形態による半導体素子の製造方法は、第1面とその反対面である第2面とを有する半導体基板を提供し、前記半導体基板を貫通して前記第1面から前記第2面に向かって延長され、前記第2面に至らない絶縁領域を形成する段階と、前記絶縁領域を貫通して前記第1面から前記第2面に向かって延長され、前記第2面に至らない整列キーと連結コンタクトとを形成する段階と、前記半導体基板の第1面上に前記連結コンタクトと電気的に連結される第1回路を形成する段階と、前記第1回路上に支持基板を形成し、前記半導体基板の第2面をリセスして前記絶縁領域と前記整列キーと前記連結コンタクトとを露出させる第3面を形成する段階と、前記半導体基板の第3面上に前記連結コンタクトと電気的に連結される第2回路を形成する段階とを包含する。 A method of manufacturing a semiconductor device according to another embodiment of the present invention provides a semiconductor substrate having a first surface and a second surface opposite to the first surface, penetrating the semiconductor substrate from the first surface to the first surface. Forming an insulating region extending toward two surfaces and not reaching the second surface; extending through the insulating region from the first surface toward the second surface; Forming an unaligned alignment key and a connection contact; forming a first circuit electrically connected to the connection contact on the first surface of the semiconductor substrate; and a support substrate on the first circuit. Forming a third surface exposing the insulating region, the alignment key, and the connection contact, and forming a third surface on the third surface of the semiconductor substrate by recessing the second surface of the semiconductor substrate. Second time to be electrically connected with the contact Including forming a.
本発明の他の実施形態による半導体素子は、上面とその反対面である下面とを有する半導体基板と、前記半導体基板の下面上に提供された、セルトランジスターを有するセルアレイと、前記半導体基板の上面上に提供された、周辺トランジスターを有する周辺回路と、前記上面から前記下面まで延長されて前記セルアレイを前記周辺回路に垂直整列させる整列キーと、前記第1面から前記第2面まで延長されて前記セルアレイを前記周辺回路に電気的に連結する連結コンタクトと、を含み、前記セルトランジスターと前記周辺トランジスターとは、前記半導体基板を中心に反対方向を向く垂直対称である。 A semiconductor device according to another embodiment of the present invention includes a semiconductor substrate having an upper surface and a lower surface opposite to the upper surface, a cell array having cell transistors provided on the lower surface of the semiconductor substrate, and an upper surface of the semiconductor substrate. A peripheral circuit having peripheral transistors provided above; an alignment key extending from the top surface to the bottom surface to vertically align the cell array with the peripheral circuit; and extending from the first surface to the second surface. A connection contact electrically connecting the cell array to the peripheral circuit, and the cell transistor and the peripheral transistor are vertically symmetric with respect to the semiconductor substrate and facing in opposite directions.
他の実施形態の素子において、前記セルアレイは、前記セルトランジスターに電気的に連結されたビットラインをさらに含み、前記周辺回路は、前記周辺トランジスターに電気的に連結された金属配線をさらに含み、前記連結コンタクトは、前記ビットラインを前記金属配線に電気的に連結することができる。 In another embodiment, the cell array further includes a bit line electrically connected to the cell transistor, and the peripheral circuit further includes a metal line electrically connected to the peripheral transistor, The connection contact may electrically connect the bit line to the metal wiring.
他の実施形態の素子において、前記セルアレイは、前記セルトランジスター上に提供されたキャパシターをさらに含み、前記キャパシターは、前記セルトランジスターに電気的に連結され得る。 In other embodiments, the cell array may further include a capacitor provided on the cell transistor, and the capacitor may be electrically connected to the cell transistor.
本発明のその他の実施形態による半導体素子は、上面とその反対面である下面とを有する半導体基板と、前記半導体基板を貫通して前記上面から前記下面まで延長された絶縁領域と、前記絶縁領域を貫通して前記上面から前記下面まで延長された絶縁性整列キーと、前記絶縁領域を貫通して前記上面から前記下面まで延長された導電性連結コンタクトと、前記半導体基板の上面上に提供されて前記連結コンタクトと電気的に連結された第1回路と、前記半導体基板の下面上に提供されて前記連結コンタクトと電気的に連結された第2回路と、を含み、前記整列キーは、前記第1回路を前記第2回路に垂直整列させる。 A semiconductor device according to another embodiment of the present invention includes a semiconductor substrate having an upper surface and a lower surface opposite to the upper surface, an insulating region extending from the upper surface to the lower surface through the semiconductor substrate, and the insulating region An insulating alignment key extending from the upper surface to the lower surface through the conductive region, a conductive connection contact extending from the upper surface to the lower surface through the insulating region, and provided on the upper surface of the semiconductor substrate. A first circuit electrically connected to the connection contact; and a second circuit provided on the lower surface of the semiconductor substrate and electrically connected to the connection contact; A first circuit is vertically aligned with the second circuit.
その他の実施形態の素子において、前記第1回路と前記第2回路との中の、いずれか1つは、セルトランジスターを有するセルアレイを含み、その他の1つは、周辺トランジスターを有する周辺回路を含み、前記セルトランジスターと前記周辺トランジスターとは、前記半導体基板を中心に反対方向を向く垂直対称であり得る。 In another embodiment, one of the first circuit and the second circuit includes a cell array having cell transistors, and the other includes a peripheral circuit having peripheral transistors. the a cell transistor and the peripheral transistor, Ru obtain a vertical symmetrical facing away around the semiconductor substrate.
本発明によると、セルアレイと周辺回路とが半導体基板の両面に分離配置されることによって集積度を向上させるか、或いはチップ面積を減らす効果がある。さらに、セルアレイと周辺回路とを精密に垂直整列でき、熱的負担を軽減でき、各々の特性を最大化できるので、電気的な特性を向上させる。 According to the present invention, the cell array and the peripheral circuit are separately disposed on both sides of the semiconductor substrate, thereby improving the degree of integration or reducing the chip area. Furthermore, the cell array and the peripheral circuit can be precisely vertically aligned, the thermal burden can be reduced, and the respective characteristics can be maximized, so that the electrical characteristics are improved.
以下、本発明による半導体素子及びその製造方法を添付した図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
本発明の従来技術と比較した長所は添付した図面を参照した詳細な説明と特許請求の範囲とを通じて明確になる。特に、本発明は特許請求の範囲において明確になる。また、本発明は添付された図面と関連して次の詳細な説明を参照することによって最も良く理解できる。図面において、同一の参照符号は多様な図面を通じて同一の構成要素を示す。 Advantages of the present invention over the prior art will become apparent through the detailed description and appended claims with reference to the accompanying drawings. In particular, the invention is apparent from the claims. The present invention may also be best understood by referring to the following detailed description in conjunction with the accompanying drawings. In the drawings, like reference numerals designate like elements throughout the various views.
<実施形態1>
図1乃至図5は本発明の一実施形態による半導体素子の製造方法を示した断面図である。図6は図5の一部を示した断面図である。図7及び図8は図5の変形形態を示した断面図である。
<
1 to 5 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. FIG. 6 is a cross-sectional view showing a part of FIG. 7 and 8 are cross-sectional views showing modifications of FIG.
図1を参照すれば、第1面100aとその反対面である第2面100bとを有する半導体基板100を提供し、その半導体基板100にフィールド領域103を形成する。半導体基板100はシリコンを含む基板である。フィールド領域103は第1面100aから第2面100bに向かい、第2面100bに至らない絶縁体により満たされたトレンチ形態を有する。
Referring to FIG. 1, a
図2を参照すれば、半導体基板100の第1面100a上に周辺回路300を形成する。周辺回路300は金属配線306を包含する。周辺回路300を形成する時、フィールド領域103を互いに平行に離隔して垂直貫通する整列キー110と連結コンタクト107とを形成する。整列キー110と連結コンタクト107とは第1面100aから第2面100bに向かって延長される。整列キー110と連結コンタクト107とは第2面100bに至らないことがあり得る。連結コンタクト107は金属配線306と連結されて周辺回路300と電気的に連結される。整列キー110は、例えば絶縁体を含み、周辺回路300と電気的に連結されないことがあり得る。
Referring to FIG. 2, the
図3を参照すれば、周辺回路300上に支持基板80を付着し、半導体基板100を反転させる。周辺回路300と半導体基板100とは支持基板80上に反転された形態に順次積層されている。したがって、周辺回路300の金属配線306は支持基板80に隣接し、半導体基板100の第2面100bは上を向く。支持基板80はその種類を問わない。例えば、支持基板80はシリコン基板であるか、或いは非シリコン基板(例:ガラス或いは樹脂基板)である。
Referring to FIG. 3, a
図4を参照すれば、半導体基板100の第2面100bをリセスして第3面100cが露出される。一例として、支持基板80によって半導体基板100が支持された状態において化学機械的な研磨、グラインディング、エッチバック等により第2面100bをリセスする。整列キー110と連結コンタクト107とは第3面100cにより露出される。フィールド領域103は第3面100cを通じて露出されるか,或いは露出されないこともあり得る。
Referring to FIG. 4, the
図5を参照すれば、半導体基板100の第3面100c上に連結コンタクト107と電気的に連結されるセルアレイ200を形成する。セルアレイ200はDRAMやフラッシュなどのメモリ回路、中央処理装置CPUやアプリケーションプロセッサAPなどのロジック回路、CMOSイメージセンサー(CMOS Image Sensor)のフォトダイオード等を包含する。セルアレイ200は整列キー110によって周辺回路300と垂直整列され、連結コンタクト107によって周辺回路300と電気的に連結される。前記一連の工程を通じて半導体基板100の第1面100aの下には周辺回路300が配置され、第3面100cの上にはセルアレイ200が配置された半導体素子1が製造される。半導体素子1は支持基板80上において周辺回路300上にセルアレイ200が積層されたCOP(Cell On Peripheral)構造を成す。
Referring to FIG. 5, the
金属配線306は支持基板80と半導体基板100との間に配置されて、例えば支持基板80に隣接して配置される。半導体素子1において発生した熱はセルアレイ200の方の方向Aに比べて金属配線306を通じて支持基板80の方の方向Bに多く排出される。支持基板80はヒートシンク(heat sink)の役割を果たす。したがって、半導体素子1において発生した大部分の熱は支持基板80の方に排出され、これによってセルアレイ200及び周辺回路300は熱的ストレスに伴う誤作動が無くなるか、或いは最小になる。
The
本実施形態によれば、セルアレイ200の形成工程と周辺回路300の形成工程とが分離される。したがって、セルアレイ200及び周辺回路300各々の特性、例えばデザインルール(design rule)、ヒートバジェット(heat budget、熱的負担)、蒸着条件等に合うように工程レシピを適切に調節できる。
According to this embodiment, the process of forming the
図6を参照すれば、セルアレイ200は絶縁膜208により覆われているセルトランジスター205を包含でき、周辺回路300は絶縁膜308により覆われている周辺トランジスター305を包含する。セルトランジスター205は周辺トランジスター305と上下逆転配置された構造を有する。半導体基板100の第3面100c上に配置されたセルトランジスター205は上に向き、半導体基板100の第1面100a上に配置された周辺トランジスター305は下に向く。セルトランジスター205と周辺トランジスター305とは垂直対称(vertically symmetric)であり得る。本明細書において“垂直対称”というのは背中合わせ(back−to−back)配置を示す。例えば、“垂直対称”というのは形成方向によって定義されるセルアレイ200と周辺回路300の下部領域とは半導体基板100の第3面100cと第1面100a上において互いに対向することを示し、形成方向によって定義されるセルアレイ200と周辺回路300の上部領域とが互いに反対方向に向かうことを示す。
Referring to FIG. 6, the
図7を参照すれば、支持基板80を貫通して金属配線306と連結されるビア92、及び支持基板80上にビア92と連結されたパッド94をさらに含む半導体素子1aを製造できる。この場合、熱は支持基板80の方にさらに容易に排出される。印刷回路基板や他の半導体素子のような外部装置がパッド94に接続されることによって、半導体素子1aと電気的に連結される。
Referring to FIG. 7, it is possible to manufacture a
図8を参照すれば、支持基板80を除去する。そして、周辺回路300を構成する絶縁膜(図6の308)を貫通して金属配線306と連結されるビア92とその絶縁膜308上にビア92と連結されるパッド94を形成して半導体素子1bを製造できる。
Referring to FIG. 8, the
<実施形態1と一般例との比較>
図9乃至図11は比較のため本実施形態と異なる半導体素子を示した断面図である。図12は図11の一部を示した断面図である。
<Comparison between
9 to 11 are sectional views showing semiconductor elements different from the present embodiment for comparison. FIG. 12 is a cross-sectional view showing a part of FIG.
図9を参照すれば、半導体素子9aは半導体基板10のいずれか一面、例えば第1面10a上に配置されたセルアレイ20と周辺回路30とを包含する。これと異なり、本実施形態によれば、図5に示したように半導体基板100の第1面100a上に周辺回路300が配置され、第3面100c上にセルアレイ200が配置され得る。図5に示したように、セルアレイ200及び周辺回路300は図9のセルアレイ20及び周辺回路30に比べて増加されたネットダイ(net die)数と集積度とを有するか、及び/或いは縮小された面積を有する。
Referring to FIG. 9, the
本発明をこれに限定しようとする意図ではなく、単なる一例として、本実施形態のセルアレイ200は一般的なセルアレイ20に比べて2倍の集積度を有するか、2倍のネットダイ数を有するか、或いは1/2倍の面積を占める。同様に、本実施形態の周辺回路300は一般的な周辺回路30に比べて2倍の集積度を有するか、2倍のネットダイ数を有するか、或いは1/2倍の面積を占める。
The present invention is not intended to be limited to this, and as an example only, does the
図10を参照すれば、半導体素子9bは半導体基板10の第1面10a上に水平的に配置された第1セルアレイ21と第1周辺回路31、第1セルアレイ21及び第1周辺回路31上に垂直積層された第2セルアレイ22及び第2周辺回路32を包含することができる。この場合、第2セルアレイ22及び第2周辺回路32を形成するために単結晶半導体膜を形成するか、或いは付着する工程をさらに必要とする。さらに上下積層された第1セルアレイ21と第2セルアレイ22とを電気的に連結するための複数個の貫通電極21a、22a及び/又は上下積層された第1周辺回路31と第2周辺回路32とを電気的に連結するための複数個の貫通電極31a、32aを形成する工程をさらに必要とする。これとは異なり、本実施形態は図5に示したように半導体基板100の両面100a、100c上に周辺回路300とセルアレイ200とを各々形成する。したがって、単結晶半導体膜を別に形成するか、或いは付着する工程及び貫通電極を形成する工程が不要となる。
Referring to FIG. 10, the
図11を参照すれば、半導体素子9cは半導体基板10の第1面10a上に順次に、或いはその逆順に垂直積層された周辺回路30とセルアレイ20とを包含する。この場合、図12に示したようにセルアレイ20を形成するための単結晶半導体膜12を周辺回路30上に形成するか、或いは付着しなければならない。その上に、単結晶半導体膜12を形成するか、或いは付着した後、整列キー11を形成するための工程が必要となる。これとは異なり、本実施形態は図5に示したように半導体基板100の両面100a、100c上に周辺回路300とセルアレイ200とを各々形成する。したがって、単結晶半導体膜を別に形成するか、或いは付着することが不要となる。図11に示したように、金属配線36は周辺回路30とセルアレイ20との間に配置されることによって、熱はセルアレイ方向Aと周辺回路方向Bとに排出される。これによって、半導体素子9cは支持基板80がヒートシンク役割を果たす本実施形態の半導体素子1に比べてセルアレイ20と周辺回路30とに加えられる熱的ストレスが大きくなる。
Referring to FIG. 11, the
半導体素子9cにおいて、図12に示したように、周辺回路30は絶縁膜38により覆われている周辺トランジスター35を、セルアレイ20は絶縁膜28に覆われているセルトランジスター25を包含する。周辺回路30上にセルアレイ20が垂直積層されているので、周辺トランジスター35は半導体基板10上において上に向き、セルトランジスター25は単結晶半導体膜12上において上に向く。言い換えれば、セルトランジスター25と周辺トランジスター35とは本実施形態の背中合わせ(back−to−back)配置と異なり後ろ前(back−to−front)形態に配置される。
In the
<実施形態2>
図13乃至図19は本発明の他の実施形態による半導体素子の製造方法を示した断面図である。
<
13 to 19 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to another embodiment of the present invention.
図13を参照すれば、第1面100aとその反対面である第2面100bとを有する半導体基板100を提供し、その半導体基板100にフィールド領域103を形成する。
Referring to FIG. 13, a
図14を参照すれば、半導体基板100の第1面100a上にセルトランジスターを含むセルトランジスター層210を形成する。セルトランジスター層210を形成する時、フィールド領域103を互いに平行に離隔して垂直貫通する整列キー110と連結コンタクト107とを形成する。整列キー110と連結コンタクト107とは第1面100aから第2面100bに向かって垂直であり、第2面100bに至らないことがあり得る。連結コンタクト107はセルトランジスター層210と電気的に連結される。
Referring to FIG. 14, a
図15を参照すれば、セルトランジスター層210上に第1支持基板81を付着し、半導体基板100を反転させる。セルトランジスター層210と半導体基板100とは第1支持基板81上において反転された形態に順次に積層されている。第1支持基板81は適切な物質を包含する。例えば、第1支持基板81はシリコン基板であるか、或いは非シリコン基板(例:ガラス基板)であり得る。
Referring to FIG. 15, the
図16を参照すれば、半導体基板100の第2面100bをリセスして第3面100cが露出される。一例として、第1支持基板81によって半導体基板100が支持された状態において第2面100bをリセスする。整列キー110と連結コンタクト107とは第3面100cにより露出される。
Referring to FIG. 16, the
図17を参照すれば、半導体基板100の第3面100c上に連結コンタクト107と電気的に連結される周辺トランジスターを含む周辺回路300を形成する。周辺回路300は整列キー110によってセルトランジスター層210と整列され得る。周辺回路300は連結コンタクト107と連結される金属配線306をさらに包含する。周辺回路300は連結コンタクト107によってセルトランジスター層210と電気的に連結される。
Referring to FIG. 17, a
図18を参照すれば、周辺回路300上に第2支持基板82を付着し、半導体基板100を再反転させる。金属配線306は第2支持基板82と半導体基板100との間に配置される。第2支持基板82は適切な物質を包含。例えば、第2支持基板82はシリコン基板であるか、或いは非シリコン基板(例:ガラス或いは樹脂基板)であり得る。第1支持基板81は除去される。
Referring to FIG. 18, a
図19を参照すれば、セルトランジスター層210上にセルトランジスターと電気的に連結されるキャパシターを含むキャパシター層220を形成する。半導体基板100の第1面100aの上にはセルトランジスター層210とキャパシター層220が含まれたセルアレイ200が形成される。前記一連の工程を通じて半導体基板100の第1面100aの上にはセルアレイ200が第3面100cの上には周辺回路300が配置された半導体素子2が製造される。半導体素子2は第2支持基板82上において周辺回路300上にセルアレイ200が積層されたCOP(Cell On Peripheral)構造を成す。
Referring to FIG. 19, a
本実施形態によれば、トランジスター工程とキャパシター工程とを分離することによって、熱的負担(thermal budget)を軽減できる。例えば、低温工程であるキャパシター層220を形成する工程を高温工程であるセルトランジスター層210及び周辺回路300を形成する工程の以後に行うことによって、キャパシターに加えられる熱的負担を抑制するか、或いは最小化できる。
According to this embodiment, the thermal burden can be reduced by separating the transistor process and the capacitor process. For example, the thermal burden applied to the capacitor is suppressed by performing the process of forming the
さらに、図6を参照して説明したように、セルアレイ200のセルトランジスターと周辺回路300の周辺トランジスターとは背中合わせ(back−to−back)形態に配置され、図7又は図8を参照して説明したように、金属配線306と電気的に連結されるビア92とパッド94とをさらに形成できる。
Furthermore, as described with reference to FIG. 6, the cell transistors of the
<実施形態3>
図20乃至図24は本発明のその他の実施形態による半導体素子の製造方法を示した断面図である。
<
20 to 24 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to another embodiment of the present invention.
図20を参照すれば、第1面100aとその反対面である第2面100bとを有する半導体基板100を提供し、その半導体基板100にフィールド領域103を形成する。
Referring to FIG. 20, a
図21を参照すれば、半導体基板100の第1面100a上にセルアレイ200を形成する。セルアレイ200を形成する時、フィールド領域103を互いに平行に離隔して垂直貫通する整列キー110と連結コンタクト107とを形成する。整列キー110と連結コンタクト107とは第1面100aから第2面100bに向かって垂直であり、第2面100bに至らないことがあり得る。連結コンタクト107はセルアレイ200と電気的に連結される。
Referring to FIG. 21, the
図22を参照すれば、セルアレイ200上に支持基板80を付着し、半導体基板100を反転させる。セルアレイ200と半導体基板100とは支持基板80上において反転された形態に順次積層されている。
Referring to FIG. 22, a
図23を参照すれば、半導体基板100の第2面100bをリセスして第3面100cが露出される。一例として、支持基板80によって半導体基板100が支持された状態において第2面100bを研磨する。整列キー110と連結コンタクト107とは第3面100cにより露出される。
Referring to FIG. 23, the
図24を参照すれば、半導体基板100の第3面100c上に連結コンタクト107と電気的に連結される周辺回路300を形成する。周辺回路300は整列キー110によってセルアレイ200と整列される。周辺回路300は連結コンタクト107と連結される金属配線306を包含する。周辺回路300は連結コンタクト107によってセルアレイ200と電気的に連結される。前記一連の工程を通じて半導体基板100の第1面100aの下にはセルアレイ200が第2面100bの上には周辺回路300が配置された半導体素子3が製造される。半導体素子3は支持基板80上においてセルアレイ200上に周辺回路300が積層されたPOC(Peripheral on Cell)構造を成す。
Referring to FIG. 24, the
本実施形態によれば、金属配線306は半導体素子3の最上層に配置され、これによって半導体素子3において発生した熱は半導体素子3の外へ排出される。半導体素子3において発生する熱の大部分が外方へ排出される。したがってセルアレイ200及び周辺回路300は熱的ストレスに伴う誤作動が無くなるか、或いは最小になり得る。
According to the present embodiment, the
<半導体メモリ素子の製造例1>
図25乃至図29は本発明の一実施形態による半導体メモリ素子の製造方法を示した断面図である。図30及び図31は図29の変形形態を示した断面図である。
<Manufacturing Example 1 of Semiconductor Memory Element>
25 to 29 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention. 30 and 31 are sectional views showing modifications of FIG.
図25を参照すれば、第1面100aとその反対面である第2面100bとを有する半導体基板100を提供し、その半導体基板100にフィールド領域103を形成する。半導体基板100はシリコン基板、不純物(例:p形ドーパント)によりドーピングされた単結晶シリコン基板、或いはSOI基板であり得る。フィールド領域103を形成すると共に素子分離膜302をさらに形成する。フィールド領域103と素子分離膜302とは第1面100aから第2面100bに向かい、第2面100bに至らない絶縁体により満たされたトレンチ形態を有する。フィールド領域103は素子分離膜302に比べてさらに深い深さを有する。
Referring to FIG. 25, a
図26を参照すれば、半導体基板100の第1面100a上に周辺回路300を形成する。周辺回路300を形成することは第1面100a上にゲート304を含む周辺トランジスター305、周辺トランジスター305と電気的に連結される金属配線306、及び周辺トランジスター305と金属配線306とを覆う絶縁膜308を形成することを包含する。周辺回路300を形成する時、整列キー110と連結コンタクト107とを形成する。整列キー110と連結コンタクト107とはフィールド領域103を互いに平行に離隔して垂直貫通して第1面100aから第2面100bに向かって延長される。連結コンタクト107は周辺トランジスター305或いは金属配線306と連結されることによって、周辺回路300と電気的に連結される。一例によれば、連結コンタクト107は金属配線306と同時に形成できる。整列キー110は絶縁体により構成できる。
Referring to FIG. 26, the
図27を参照すれば、周辺回路300上に支持基板80を付着し、半導体基板100を反転させる。周辺回路300と半導体基板100は支持基板80上に反転された形態に順次積層されている。金属配線306は支持基板80に隣接して下に向かい、半導体基板100の第2面100bが上に向かう。
Referring to FIG. 27, a
図28を参照すれば、半導体基板100の第2面100bをリセスして第3面100cが露出される。一例として、支持基板80によって半導体基板100が支持された状態においてエッチバックや化学機械的研磨、グラインディング等によって第2面100bをリセスする。整列キー110と連結コンタクト107とは第3面100cにより露出される。
Referring to FIG. 28, the
図29を参照すれば、半導体基板100の第3面100c上にセルアレイ200を形成する。セルアレイ200を形成することは第3面100cの下にリセスされたゲート204を含むセルトランジスター205、セルトランジスター205と電気的に連結されるビットライン206とキャパシター209、及びセルトランジスター205と、ビットライン206と、キャパシター209とを覆う絶縁膜208を形成することを包含する。セルアレイ200はメモリセルアレイであり得る。セルアレイ200は整列キー110によって周辺回路300と整列されて形成される。ビットライン206が連結コンタクト107と接続されることによって、セルアレイ200と周辺回路300とが電気的に連結される。本実施形態によれば、周辺トランジスター305は半導体基板100の第1面100aに、セルトランジスター205は第3面100cに形成される。周辺トランジスター305とセルトランジスター205とは図6に図示したように背中合わせ形態に配置される。
Referring to FIG. 29, the
本実施形態によれば、図1乃至図5において説明したことと同一又は類似に支持基板80上に周辺回路300上にセルアレイ200が積層されたCOP(Cell On Peripheral)形態の半導体素子1000が形成される。金属配線306は支持基板80に隣接配置されることによって、支持基板80がヒートシンク役割を果たし得る。
According to the present embodiment, the COP (Cell On Peripheral)
変形形態として、図30に示したように、支持基板80を貫通して金属配線306と連結されるビア92と、ビア92と連結されたパッド94とがさらに含まれた半導体素子1000aを製造できる。熱はビア92を通じて支持基板80方へさらに容易に排出される。
As a modification, as shown in FIG. 30, a
他の変形形態として、図31に図示したように、支持基板80を除去し、絶縁膜308を一部貫通して金属配線306と連結されたビア92と絶縁膜308上にビア92と連結されたパッド94を形成して半導体素子1000bを製造できる。
As another modification, as shown in FIG. 31, the
<半導体メモリ素子の製造例2>
図32乃至図38は本発明の他の実施形態による半導体メモリ素子の製造方法を示した断面図である。図39及び図40は図38の変形形態を示した断面図である。
<Manufacturing Example 2 of Semiconductor Memory Device>
32 to 38 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor memory device according to another embodiment of the present invention. 39 and 40 are sectional views showing a modification of FIG.
図32を参照すれば、第1面100aとその反対面である第2面100bとを有する半導体基板100を提供し、その半導体基板100に深い深さのフィールド領域103と浅い深さの素子分離膜202とを形成する。
Referring to FIG. 32, a
図33を参照すれば、半導体基板100の第1面100a上にセルトランジスター層210を形成する。セルトランジスター層210を形成することは第1面100aの下にリセスされたゲート204を含むセルトランジスター205、セルトランジスター205と電気的に連結されるビットライン206、及びセルトランジスター205とビットライン206とを覆う絶縁膜208を形成することを包含する。セルトランジスター層210を形成する時、フィールド領域103を互いに平行に離隔して垂直貫通する整列キー110と連結コンタクト107とを形成する。連結コンタクト107はビットライン206と接続されてセルトランジスター層210と電気的に連結される。一例によれば、連結コンタクト107はビットライン206と同時に形成できる。
Referring to FIG. 33, the
図34を参照すれば、セルトランジスター層210上に第1支持基板81を付着し、半導体基板100を反転させる。セルトランジスター層210と半導体基板100とは第1支持基板81上において反転された形態に順次積層されている。
Referring to FIG. 34, a
図35を参照すれば、半導体基板100の第2面100bをリセスして第3面100cが露出される。一例として、第1支持基板81によって半導体基板100が支持された状態において第2面100bをリセスする。整列キー110と連結コンタクト107とは第3面100cにより露出される。
Referring to FIG. 35, the
図36を参照すれば、半導体基板100の第3面100c上に連結コンタクト107と電気的に連結される周辺回路300を形成する。周辺回路300を形成することは半導体基板100の第3面100c上にゲート304を含む周辺トランジスター305、周辺トランジスター305と電気的に連結される金属配線306、及び周辺トランジスター305と金属配線306とを覆う絶縁膜308を形成することを包含する。周辺回路300は整列キー110によってセルトランジスター層210と整列される。金属配線306は連結コンタクト107と接続されてセルトランジスター205と電気的に連結される。周辺回路300は連結コンタクト107によってセルトランジスター層210と電気的に連結される。
Referring to FIG. 36, the
図37を参照すれば、周辺回路300上に第2支持基板82を付着し、半導体基板100を再反転させる。金属配線306は半導体基板100と第2支持基板82との間に配置される。第1支持基板81は除去される。
Referring to FIG. 37, a
図38を参照すれば、セルトランジスター205と電気的に連結されるキャパシター209を形成する。半導体基板100の第1面100aの上にはセルトランジスター205とビットライン206及びキャパシター209が含まれたセルアレイ200、即ちメモリセルアレイが形成される。前記一連の工程によれば、図13乃至図19において説明したことと同一又は類似に半導体基板100の第1面100aの上にはセルアレイ200が第3面100cの上には周辺回路300が配置される半導体素子2000が製造される。半導体素子2000は第2支持基板82上に周辺回路300上にセルアレイ200が積層されたCOP(Cell On Peripheral)構造を成す。半導体素子2000は図29の半導体素子1000と実質的に同一である。
Referring to FIG. 38, a
本実施形態によれば、高温工程であるセルトランジスター205及び周辺トランジスター305を形成する工程の以後に低温工程であるキャパシター209を形成する工程を行うことによって、キャパシター209に加えられる熱的負担を軽減できる。セルトランジスター205は半導体基板100の第1面100aに、周辺トランジスター305は第3面100cに形成される。セルトランジスター205と周辺トランジスター305とは図6に図示したように背中合わせ形態に配置される。
According to the present embodiment, the thermal burden applied to the
変形形態として、図39に示したように、第2支持基板82を貫通して金属配線306と連結されるビア92と、ビア92と連結されたパッド94とをさらに含む半導体素子2000aを製造できる。熱はビア92を通じて第2支持基板82の方へさらに容易に排出される。
As a modification, as shown in FIG. 39, a
他の変形形態として、図40に図示したように、第2支持基板82が除去され、ビア92が絶縁膜308を一部貫通して金属配線306と連結される半導体素子2000bを製造できる。
As another modification, as shown in FIG. 40, the
<半導体メモリ素子の製造例3>
図41乃至図45は本発明のその他の実施形態による半導体メモリ素子の製造方法を示した断面図である。
<Manufacturing Example 3 of Semiconductor Memory Device>
41 to 45 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor memory device according to another embodiment of the present invention.
図41を参照すれば、第1面100aとその反対面である第2面100bとを有する半導体基板100を提供し、その半導体基板100に深い深さのフィールド領域103と浅い深さの素子分離膜202とを形成する。
Referring to FIG. 41, a
図42を参照すれば、半導体基板100の第1面100a上にセルアレイ200を形成する。セルアレイ200を形成することは第1面100aの下にリセスされたゲート204を含むセルトランジスター205、セルトランジスター205と電気的に連結されるビットライン206、及びセルトランジスター205とビットライン206を覆う絶縁膜208を形成することを包含する。セルアレイ200を形成する時、フィールド領域103を互いに平行に離隔して垂直貫通する整列キー110と連結コンタクト107とを形成する。連結コンタクト107はセルトランジスター205と電気的に連結される。一例によれば、連結コンタクト107はビットライン206と同時に形成する。
Referring to FIG. 42, the
図43を参照すれば、セルアレイ200上に支持基板80を付着し、半導体基板100を反転させる。セルアレイ200と半導体基板100とは支持基板80上に反転された形態に順次積層されている。
Referring to FIG. 43, a
図44を参照すれば、半導体基板100の第2面100bをリセスして第3面100cが露出される。一例として、支持基板80によって半導体基板100が支持された状態においてエッチバックや化学機械的研磨、グラインディング等により第2面100bをリセスする。整列キー110と連結コンタクト107とは第3面100cにより露出される。
Referring to FIG. 44, the
図45を参照すれば、半導体基板100の第3面100c上に周辺回路300を形成する。周辺回路300を形成することは第3面100c上のゲート304を含む周辺トランジスター305、周辺トランジスター305と電気的に連結される金属配線306、及び周辺トランジスター305と金属配線306とを覆う絶縁膜308を形成することを包含する。周辺回路300は整列キー110によってセルアレイ200と整列されて形成される。金属配線306は連結コンタクト107と接続されてビットライン206或いはセルトランジスター205と電気的に連結される。周辺回路300は連結コンタクト107によってセルアレイ200と電気的に連結される。周辺回路300の形成の時、低温工程を採択するか、或いは工程レシピを適切に調節してキャパシター209に加えられる熱的負担(heat budget)を最小化できる。
Referring to FIG. 45, the
前記一連の工程を通じて周辺トランジスター305は半導体基板100の第3面100cにセルトランジスター205は第1面100aに配置される半導体素子3000が製造される。半導体素子3000は支持基板80上においてセルアレイ200上に周辺回路300が積層されたPOC(Peripheral On Cell)構造を成す。周辺トランジスター305とセルトランジスター205は図6に図示したように背中合わせ形態に配置される。
Through the series of processes, the
本実施形態によれば金属配線306は半導体素子3000の最上層に配置されるので、放熱が容易に行われる。セルアレイ200及び周辺回路300は熱的ストレスに伴う誤作動が無くなるか、或いは最小になり得る。
According to the present embodiment, since the
<イメージセンサーの製造例1>
図46乃至図50は本発明の一実施形態によるイメージセンサーの製造方法を示した断面図である。図51は図50の変形形態を示した断面図である。
<Image sensor manufacturing example 1>
46 to 50 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an image sensor according to an embodiment of the present invention. FIG. 51 is a cross-sectional view showing a modification of FIG.
図46を参照すれば、第1面100aとその反対面である第2面100bとを有する半導体基板100を提供し、その半導体基板100に深い深さのフィールド領域103と浅い深さの素子分離膜302とを形成する。半導体基板100は例えば不純物(例:p形ドーパント)によりドーピングされたシリコン基板である。
Referring to FIG. 46, a
図47を参照すれば、半導体基板100の第1面100a上にゲート304を含む周辺トランジスター305、周辺トランジスター305と電気的に連結される金属配線306、及び周辺トランジスター305と金属配線306とを覆う絶縁膜308を含む周辺回路300を形成する。周辺回路300を形成する時、フィールド領域103を互いに平行に離隔して垂直貫通して第1面100aから第2面100bに向かって延長される整列キー110と連結コンタクト107とを形成する。連結コンタクト107は周辺トランジスター305或いは金属配線306と連結されることによって、周辺回路300と電気的に連結される。一例によれば、連結コンタクト107は金属配線306と同時に形成できる。
47, the
図48を参照すれば、周辺回路300上に支持基板80を付着し、半導体基板100を反転させる。周辺回路300と半導体基板100とは支持基板80上において反転された形態に順次積層されている。支持基板80はシリコン基板であるか、或いは非シリコン基板(例:ガラス或いは樹脂基板)であり、その種類を問わない。
Referring to FIG. 48, a
図49を参照すれば、半導体基板100の第2面100bをリセスして第3面100cが露出される。一例として、支持基板80によって半導体基板100が支持された状態においてエッチバックや化学機械的研磨、グラインディング等によって第2面100bをリセスする。整列キー110と連結コンタクト107は第3面100cにより露出される。
Referring to FIG. 49, the
図50を参照すれば、半導体基板100の第3面100c上にピクセルアレイ500を形成する。ピクセルアレイ500を形成することは素子分離膜502、ピクセルトランジスター505、フォトダイオード509、連結配線506、及び絶縁膜508を形成することを包含する。ピクセルトランジスター505は移送トランジスター504a、リセットトランジスター504b、ソースフォロワートランジスター504c、及び選択トランジスター504dを包含することができる。ピクセルアレイ500は整列キー110によって周辺回路300と整列される。フォトダイオード509は半導体基板100に第1導電形不純物(例:n形ドーパント)が注入されて形成された第1ドーピング領域509a、及び第1ドーピング領域509aに第2導電形不純物(例:p形ドーパント)が注入されて形成された第2ドーピング領域509bを包含する。連結配線506はピクセルトランジスター505と連結コンタクト107とを電気的に連結する。ピクセルアレイ500は連結コンタクト107を通じて周辺回路300と電気的に連結される。
Referring to FIG. 50, the
本実施形態によれば、図1乃至図5において説明したことと同一又は類似に支持基板80上において周辺回路300上にピクセルアレイ500が積層されたCOP(Cell On Peripheral)構造を有するCMOSイメージセンサー4000が形成される。周辺トランジスター305は半導体基板100の第1面100a上にピクセルトランジスター505は第3面100c上に形成される。これによって、周辺トランジスター305とピクセルトランジスター505とは図6に図示したように背中合わせ形態に配置される。
According to the present embodiment, a CMOS image sensor having a COP (Cell On Peripheral) structure in which a
他の例として、図51に示したように、移送トランジスター504aは半導体基板100の第3面100c上に形成し、リセットトランジスター504b、ソースフォロワートランジスター504c、及び選択トランジスター504dは半導体基板100の第1面100a上に形成して、CMOSイメージセンサー4000aを製造する。例えば、図47において説明したように周辺回路300を形成する時、リセットトランジスター504b、ソースフォロワートランジスター504c、選択トランジスター504d、及び連結配線506を形成する。そして、図50において説明したようにピクセルアレイ500を形成する時、移送トランジスター504a、フォトダイオード509、及び連結コンタクト107及び移送トランジスター504aと電気的に連結される第2連結配線507を形成する。
As another example, as illustrated in FIG. 51, the
<イメージセンサーの製造例2>
図52乃至図57は本発明の一実施形態によるイメージセンサーの製造方法を示した断面図である。
<Image sensor manufacturing example 2>
52 to 57 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an image sensor according to an embodiment of the present invention.
図52を参照すれば、第1面100aとその反対面である第2面100bとを有する半導体基板100を提供し、その半導体基板100に深い深さのフィールド領域103と浅い深さの素子分離膜502とを形成する。半導体基板100は例えば不純物(例:p形ドーパント)によりドーピングされたシリコン基板である。
Referring to FIG. 52, a
図53を参照すれば、半導体基板100の第1面100a上にピクセルアレイ500を形成する。ピクセルアレイ500を形成することはピクセルトランジスター505、フォトダイオード509、連結配線506、及び絶縁膜508を形成することを包含する。ピクセルアレイ500を形成する時、フィールド領域103を互いに平行に離隔して垂直貫通して第1面100aから第2面100bに向かって延長される整列キー110と連結コンタクト107とを形成する。連結コンタクト107はピクセルトランジスター505或いは連結配線506と連結されることによって、ピクセルアレイ500と電気的に連結される。一例によれば、連結コンタクト107は連結配線506と同時に形成する。ピクセルトランジスター505は移送トランジスター504a、リセットトランジスター504b、ソースフォローワートランジスター504c、及び選択トランジスター504dを包含する。フォトダイオード509は第1導電形不純物(例:n形ドーパント)によりドーピングされた第1ドーピング領域509a、及び第2導電形不純物(例:p形ドーパント)によりドーピングされた第2ドーピング領域509bを包含する。連結配線506はピクセルトランジスター505と連結コンタクト107を電気的に連結する。
Referring to FIG. 53, the
図54を参照すれば、ピクセルアレイ500上に第1支持基板81を付着し、半導体基板100を反転させる。ピクセルアレイ500と半導体基板100とは第1支持基板81上において反転された形態に順次積層されている。
Referring to FIG. 54, a
図55を参照すれば、半導体基板100の第2面100bをリセスして第3面100cが露出される。一例として、第1支持基板81によって半導体基板100が支持された状態においてエッチバックや化学機械的研磨、グラインディング等によって第2面100bをリセスする。整列キー110と連結コンタクト107は第3面100cにより露出される。
Referring to FIG. 55, the
図56を参照すれば、半導体基板100の第1面100a上にゲート304を含む周辺トランジスター305、周辺トランジスター305と電気的に連結される金属配線306、及び周辺トランジスター305と金属配線306を覆う絶縁膜308を含む周辺回路300を形成する。周辺回路300は整列キー110によってピクセルアレイ500と整列される。金属配線306は連結コンタクト107と接続されて連結配線506と電気的にされる。周辺回路300は連結コンタクト107によってピクセルアレイ500と電気的に連結される。本実施形態によれば、図20乃至図24において説明したことと同一又は類似に第1支持基板81上においてピクセルアレイ500上に周辺回路300が積層されたPOC(Peripheral On Cell)構造を得られる。
Referring to FIG. 56, the
図57を参照すれば、第1支持基板81を除去すれば、CMOSイメージセンサー5000が製造される。選択的に、周辺回路300上に第2支持基板82を付着する。CMOSイメージセンサー5000は図50のCMOSイメージセンサー4000と実質的に同一である。図51のCMOSイメージセンサー4000aと同一又は類似に、移送トランジスター504aは半導体基板100の第1面100a上に形成し、リセットトランジスター504b、ソースフォロワートランジスター504c、及び選択トランジスター504dは半導体基板100の第3面100c上に形成する。
Referring to FIG. 57, if the
<応用例>
図58は本発明の実施形態による半導体素子を具備するメモリカードを示したブロック図である。
<Application example>
FIG. 58 is a block diagram illustrating a memory card including a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
図58を参照すれば、上述した本発明の実施形態による半導体素子1乃至3000aの中の少なくともいずれか1つを含むメモリ1210はメモリカード1200に応用される。一例として、メモリカード1200はホスト1230とメモリ1210との間の諸般データ交換を制御するメモリコントローラ1220を包含する。SRAM1221は中央処理装置1222の動作メモリとして使用され得る。ホストインターフェイス1223はメモリカード1200と接続されるホスト1230のデータ交換プロトコルを具備する。誤謬修正コード1224はメモリ1210から読出されたデータに含まれる誤謬を検出及び訂正できる。メモリインターフェイス1225はメモリ1210とインターフェイシングする。中央処理装置1222はメモリコントローラ1220のデータを交換するための諸般制御動作を遂行する。
Referring to FIG. 58, a
図59は本発明の実施形態による半導体素子を応用した情報処理システムを示したブロック図である。 FIG. 59 is a block diagram showing an information processing system to which a semiconductor element according to an embodiment of the present invention is applied.
図59を参照すれば、情報処理システム1300は本発明の実施形態による半導体素子1乃至3000aの中の少なくともいずれか1つを具備するメモリシステム1310を包含する。情報処理システム1300はモバイル機器やコンピューター等を包含する。一例として、情報処理システム1300はメモリシステム1310と各々システムバス1360に電気的に連結されたモデム1320、中央処理装置1330、RAM1340、ユーザーインターフェイス1350を包含する。メモリシステム1310はメモリ1311とメモリコントローラ1312を含み、図58のメモリカード1200と実質的に同様に構成される。このようなメモリシステム1310には中央処理装置1330によって処理されたデータ又は外部から入力されたデータが格納される。情報処理システム1300はメモリカード、半導体ディスク装置(Solid State Disk)、カメライメージセンサー(Camera Image Sensor)及びその他の応用チップセット(Application Chipset)として提供される。一例として、メモリシステム1310は半導体ディスク装置SSDにより構成され、この場合、情報処理システム1300は大容量のデータをメモリシステム1310に安定的に、そして信頼性あるように格納する。
Referring to FIG. 59, the
図60は本発明の実施形態によるイメージセンサーを応用した情報処理システムを示したブロック図である。 FIG. 60 is a block diagram showing an information processing system to which an image sensor according to an embodiment of the present invention is applied.
図60を参照すれば、情報処理システム1400は中央処理装置1420、バス1470を通じて中央処理装置1420と通信するイメージセンサー1410、入出力装置1430、RAM1440、コンパクトディスクドライブ1450、及びハードディスクドライブ1460を包含する。イメージセンサー1410は本発明の実施形態によるCMOSイメージセンサー4000、4000a、5000の中の少なくともいずれか1つを包含する。イメージセンサー1410は中央処理装置1420或いは情報処理システム1400の他の装置1440乃至1460から制御信号又はデータ信号を受信する。イメージセンサー1410は制御信号又はデータ信号に基づいてイメージを定義する信号を中央処理装置1420に提供し、中央処理装置1420はイメージセンサー1410から受信した信号を処理する。
Referring to FIG. 60, the
要約すれば、高集積度を得るために半導体素子を3次元構造に形成する。3次元構造の半導体素子を製造するために半導体基板上に他の半導体素子を積層するか半導体基板上に単結晶半導体膜を形成することが一般的である。しかし、積層された半導体素子の間に電気的連結部を形成することは電気的連結部形成の複雑性、微細な整列の困難性、熱的負担(heat budget)下における工程進行等の問題が発生する。例えば、従来の積層構造においてセルアレイ上に単結晶半導体膜を付着するにはセルアレイ上に周辺回路の形成が必要である。その上に、セルアレイに周辺回路を電気的に連結するために深い垂直コンタクトの形成が必要であり、セルアレイと周辺回路との間の整列を確保することが難しい。 In summary, in order to obtain a high degree of integration, a semiconductor element is formed in a three-dimensional structure. In order to manufacture a semiconductor element having a three-dimensional structure, it is common to stack another semiconductor element on a semiconductor substrate or to form a single crystal semiconductor film on the semiconductor substrate. However, forming the electrical connection between the stacked semiconductor devices has problems such as the complexity of forming the electrical connection, difficulty in fine alignment, and progress of the process under a heat budget. Occur. For example, in order to deposit a single crystal semiconductor film on a cell array in a conventional stacked structure, it is necessary to form a peripheral circuit on the cell array. In addition, it is necessary to form deep vertical contacts to electrically connect the peripheral circuit to the cell array, and it is difficult to ensure alignment between the cell array and the peripheral circuit.
本実施形態はセルアレイと周辺回路とが半導体基板の両面に分離配置されることを提供する。したがって、集積度が向上し、チップ面積が減少する。さらに、セルアレイと周辺回路とを精密に垂直整列でき、熱的負担を軽減でき、セルアレイと周辺回路との各々の特性を最大化できるので、半導体素子の電気的特性が向上する。 The present embodiment provides that the cell array and the peripheral circuit are separately disposed on both sides of the semiconductor substrate. Therefore, the degree of integration is improved and the chip area is reduced. Further, the cell array and the peripheral circuit can be precisely aligned vertically, the thermal burden can be reduced, and the characteristics of the cell array and the peripheral circuit can be maximized, so that the electrical characteristics of the semiconductor element are improved.
以上の発明の詳細な説明は開示した実施状態に本発明を制限しようとする意図ではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において多様な他の組合、変更及び環境で使用することができる。添付した請求の範囲は他の実施状態も含むと理解しなければならない。 The foregoing detailed description is not intended to limit the invention to the disclosed embodiments, but can be used in various other combinations, modifications, and environments without departing from the spirit of the invention. It should be understood that the appended claims include other implementations.
1、2、3、1000、1000a、1000b、2000、2000a、2000b、3000 半導体素子
20、200 セルアレイ
30、300 周辺回路
80 支持基板
81 第1支持基板
82 第2支持基板
92 ビア
94 パッド
100 半導体基板
100a 第1面
100b 第2面
100c 第3面
103 フィールド領域
107 連結コンタクト
110 整列キー
205 セルトランジスター
206 ビットライン
208、308、508 絶縁膜
209 キャパシター
210 セルトランジスター層
220 キャパシター層
202、302、502 素子分離膜
305 周辺トランジスター
306 金属配線
500 ピクセルアレイ
504a 移送トランジスター
504b リセットトランジスター
504c ソースフォロワートランジスター
504d 選択トランジスター
505 ピクセルトランジスター
506 連結配線
509 フォトダイオード
1200 メモリカード
1210、1311 メモリ
1220、1312 メモリコントローラ
1221 SRAM
1222、1330、1420 中央処理装置
1223 ホストインターフェイス
1224 誤謬修正コード
1225 メモリインターフェイス
1230 ホスト
1300、1400 情報処理システム
1310 メモリシステム
1320 モデム
1340、1440 RAM
1350 ユーザーインターフェイス
1360 システムバス
1410 イメージセンサー
1430 入出力装置
1450 コンパクトディスクドライブ
1460 ハードディスクドライブ
1470 バス
4000、4000a、5000 CMOSイメージセンサー
1, 2, 3, 1000, 1000a, 1000b, 2000, 2000a, 2000b, 3000
1222, 1330, 1420
1350
Claims (10)
前記半導体基板の上面上に配置された上部回路と、
前記半導体基板の下面上に配置された下部回路と、
前記半導体基板を貫通して前記上部回路と前記下部回路とを電気的に連結する垂直な連結コンタクトと、
前記半導体基板を貫通して前記上部回路と前記下部回路とを垂直整列させる整列キーと、を含み、
前記半導体基板は、前記上部回路と前記下部回路との間に配置された絶縁膜を含み、前記整列キーは、前記絶縁膜を垂直貫通し、
前記整列キーは、絶縁体を含むことを特徴とする半導体素子。 A semiconductor substrate having an upper surface and a lower surface opposite to the upper surface;
An upper circuit disposed on an upper surface of the semiconductor substrate;
A lower circuit disposed on a lower surface of the semiconductor substrate;
A vertical connection contact passing through the semiconductor substrate and electrically connecting the upper circuit and the lower circuit;
An alignment key penetrating the semiconductor substrate to vertically align the upper circuit and the lower circuit,
The semiconductor substrate includes an insulating film disposed between the upper circuit and the lower circuit, and the alignment key vertically penetrates the insulating film ,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the alignment key includes an insulator .
前記下部回路は、周辺トランジスターを有する周辺回路を含み、
前記セルトランジスターは、前記半導体基板を中心に前記周辺トランジスターと反対方向を向く垂直対称(vertically symmetric)であることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子。 The upper circuit includes a cell array having cell transistors,
The lower circuit includes a peripheral circuit having a peripheral transistor,
The semiconductor device of claim 1, wherein the cell transistor is vertically symmetric with respect to the semiconductor substrate in a direction opposite to the peripheral transistor.
前記下部回路は、前記周辺トランジスターと電気的に連結された金属配線をさらに含み、
前記連結コンタクトは、前記ビットラインと前記金属配線とを電気的に連結することを特徴とする請求項2に記載の半導体素子。 The cell array further includes a bit line electrically connected to the cell transistor,
The lower circuit further includes a metal wiring electrically connected to the peripheral transistor,
The semiconductor device of claim 2, wherein the connection contact electrically connects the bit line and the metal wiring.
前記支持基板を貫通して前記金属配線と連結されたビアと、
前記支持基板上に配置されて前記ビアと連結されたパッドと、をさらに含み、
前記金属配線は、前記半導体基板と前記支持基板との間に配置され、
前記金属配線は、前記支持基板に隣接して配置されることを特徴とする請求項3に記載の半導体素子。 A support substrate attached on the lower circuit;
A via penetrating the support substrate and connected to the metal wiring;
A pad disposed on the support substrate and connected to the via;
The metal wiring is disposed between the semiconductor substrate and the support substrate ,
The semiconductor device according to claim 3, wherein the metal wiring is disposed adjacent to the support substrate .
前記半導体基板を貫通して前記第1面から前記第2面に向かって延長され、前記第2面に至らない絶縁領域を形成する段階と、
互いに平行に離隔して前記絶縁領域を貫通して前記第1面から前記第2面に向かって延長され、前記第2面に至らない整列キーと連結コンタクトとを形成する段階と、
前記半導体基板の第1面上に前記連結コンタクトと電気的に連結される第1回路を形成する段階と、
前記第1回路上に支持基板を形成し、
前記半導体基板の第2面をリセスして前記絶縁領域と前記整列キーと前記連結コンタクトとを露出させる第3面を形成する段階と、
前記半導体基板の第3面上に前記連結コンタクトと電気的に連結される第2回路を形成する段階とを含み、
前記整列キーは、絶縁体を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。 Providing a semiconductor substrate having a first surface and a second surface opposite to the first surface;
Forming an insulating region extending through the semiconductor substrate from the first surface toward the second surface and not reaching the second surface;
Forming an alignment key and a connecting contact extending from the first surface to the second surface through the insulating region and spaced apart in parallel to each other and not reaching the second surface;
Forming a first circuit electrically connected to the connection contact on a first surface of the semiconductor substrate;
Forming a support substrate on the first circuit;
Recessing the second surface of the semiconductor substrate to form a third surface exposing the insulating region, the alignment key, and the connection contact;
See containing and forming a second circuit which is the connection contact electrically connected on the third surface of the semiconductor substrate,
The method of manufacturing a semiconductor device , wherein the alignment key includes an insulator .
前記半導体基板の下面上に提供された、セルトランジスターを有するセルアレイと、
前記半導体基板の上面上に提供された、周辺トランジスターを有する周辺回路と、
前記上面から前記下面まで延長されて前記セルアレイを前記周辺回路に垂直整列させる整列キーと、
前記上面から前記下面まで延長されて前記セルアレイを前記周辺回路に電気的に連結する連結コンタクトと、を含み、
前記セルトランジスターと前記周辺トランジスターとは、前記半導体基板を中心に反対方向を向く垂直対称(vertically symmetric)であり、
前記整列キーは、絶縁体を含むことを特徴とする半導体素子。 A semiconductor substrate having an upper surface and a lower surface opposite to the upper surface;
A cell array having cell transistors provided on a lower surface of the semiconductor substrate;
A peripheral circuit having a peripheral transistor provided on an upper surface of the semiconductor substrate;
An alignment key extending from the upper surface to the lower surface to vertically align the cell array with the peripheral circuit;
A connection contact extending from the upper surface to the lower surface to electrically connect the cell array to the peripheral circuit,
Wherein the cell transistor and the peripheral transistor, Ri vertical symmetry (a vertically symmetric) der facing away around the semiconductor substrate,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the alignment key includes an insulator .
前記周辺回路は、前記周辺トランジスターに電気的に連結された金属配線をさらに含み、
前記連結コンタクトは、前記ビットラインを前記金属配線に電気的に連結することを特徴とする請求項6に記載の半導体素子。 The cell array further includes a bit line electrically connected to the cell transistor,
The peripheral circuit further includes a metal wiring electrically connected to the peripheral transistor,
The semiconductor device of claim 6, wherein the connection contact electrically connects the bit line to the metal wiring.
前記キャパシターは、前記セルトランジスターに電気的に連結されたことを特徴とする請求項6に記載の半導体素子。 The cell array further includes a capacitor provided on the cell transistor,
The semiconductor device of claim 6, wherein the capacitor is electrically connected to the cell transistor.
前記半導体基板を貫通して前記上面から前記下面まで延長された絶縁領域と、
前記絶縁領域を貫通して前記上面から前記下面まで延長された絶縁性の整列キーと、
前記絶縁領域を貫通して前記上面から前記下面まで延長された導電性の連結コンタクトと、
前記半導体基板の上面上に提供されて前記連結コンタクトと電気的に連結された第1回路と、
前記半導体基板の下面上に提供されて前記連結コンタクトと電気的に連結された第2回路と、を含み、
前記整列キーは、前記第1回路を前記第2回路に垂直整列させることを特徴とする半導体素子。 A semiconductor substrate having an upper surface and a lower surface opposite to the upper surface;
An insulating region extending from the upper surface to the lower surface through the semiconductor substrate;
And an alignment key of the extended insulating from the upper surface to the lower surface through the insulating region,
A connecting contact extended conductive to the lower surface from the upper surface through the insulating region,
A first circuit provided on an upper surface of the semiconductor substrate and electrically connected to the connection contact;
A second circuit provided on a lower surface of the semiconductor substrate and electrically connected to the connection contact;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the alignment key vertically aligns the first circuit with the second circuit.
いずれか1つは、セルトランジスターを有するセルアレイを含み、
その他の1つは、周辺トランジスターを有する周辺回路を含み、
前記セルトランジスターと前記周辺トランジスターとは、前記半導体基板を中心に反対方向を向く垂直対称(vertically symmetric)であることを特徴とする請求項9に記載の半導体素子。
Of the first circuit and the second circuit,
Any one includes a cell array having cell transistors;
The other one includes a peripheral circuit having peripheral transistors,
The semiconductor device of claim 9, wherein the cell transistor and the peripheral transistor are vertically symmetrical with respect to the semiconductor substrate as a center.
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